Das galaktische Zentrum im Radio und Röntgenlicht. (NASA/CXC/UMass/D. Wang et al./NRF/SARAO/MeerKAT) Das Zentrum der Milchstraße ist ein leistungsstarker Teilchenbeschleuniger, wie neue Forschungen ergeben haben – aber es gibt auch einen unbekannten Mechanismus, der die kosmische Strahlung daran hindert, die riesige Wolke, die sogenannte zentrale Molekülzone, zu durchdringen.
Dieser Befund könnte uns helfen, den Ursprung der kosmischen Strahlung besser zu verstehen – Teilchen wie Protonen und Atomkerne, die ständig mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum strömen.
Das galaktische Zentrum ist eine Zone des Mysteriums. Wir haben eine gute Vorstellung davon, was sich darin befindet, aber der Staub ist so dicht, dass wir ihn nicht in einem Wellenlängenbereich untersuchen können, von weicher Röntgenstrahlung bis hin zu sichtbarem Licht. Dies hat einige Einschränkungen hinsichtlich dessen mit sich gebracht, was wir sehen können und was nicht.
Astronomen gehen davon aus, dass das galaktische Zentrum eine wichtige Quelle kosmischer Strahlung ist. Hierbei handelt es sich um Protonen und Kerne, denen die Elektronen entzogen wurden und die durch starke Magnetfelder auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt wurden. Es gibt eine Reihe von Objekten im galaktischen Zentrum, die als Beschleuniger der kosmischen Strahlung fungieren könnten: Supernova-Überreste, Drücken Sie Windnebel und das supermassereiche Loch im Herzen der Milchstraße, Sagittarius A*.
Beobachtungsdaten und Modellierungen zufolge sollte die Verteilung der kosmischen Strahlung in der gesamten Milchstraße gleichmäßig und mehr oder weniger gleichmäßig sein. Kosmische Strahlung entsteht aus Beschleunigern und breitet sich im galaktischen Magnetfeld aus, wo sie wahrscheinlich verlangsamt und wieder beschleunigt wird, was zu dem führt, was Astronomen als a bezeichnen Meer der kosmischen Strahlung .
Um zu untersuchen, wie kosmische Strahlung beschleunigt und transportiert wird, ist eine Quelle frischer kosmischer Strahlung erforderlich.
Glücklicherweise sind kosmische Strahlen sehr energiereich. Das bedeutet, dass wir sie im galaktischen Zentrum entdecken können, weil dieser Energiebereich Licht in dem begrenzten Wellenlängenbereich erzeugt, der den dortigen Staub durchdringt.
Kosmische Strahlung kann mit dem interstellaren Medium interagieren – Gas und Staub, die im Raum zwischen den Sternen herumschwirren – und diese Wechselwirkung erzeugt wiederum hochenergetische Gammastrahlenphotonen mit etwa 10 Prozent der Energie ihrer Eltern aus kosmischer Strahlung.
Unter der Leitung des Astronomen Xiaoyuan Huang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften untersuchte ein Forscherteam mithilfe von Daten des Fermi Large Area Telescope die Gammastrahlung in der zentralen Molekülwolke der Milchstraße in der Hoffnung, diese Quellen frischer kosmischer Strahlung zu finden.
Sie fanden Gammastrahlen, die erwartungsgemäß darauf hindeuteten, dass das galaktische Zentrum ein hochenergetischer Teilchenbeschleuniger ist – oder zumindest etwas in der Region. Aber sie fanden auch etwas wirklich Überraschendes.
Den Berechnungen des Teams zufolge ist die Dichte der kosmischen Strahlung in der zentralen Molekülwolke geringer als die Dichte des Meeres der kosmischen Strahlung. Dies deutet auf das Vorhandensein einer Art Barriere hin, die verhindert, dass kosmische Strahlung die zentrale Molekülwolke durchdringt.
Worin genau diese Barriere besteht, muss Gegenstand zukünftiger Forschung sein, aber es gibt mehrere interessante Möglichkeiten.
Molekülwolken sind komplizierte Orte. Der Kollaps dichterer Teile der Wolke kann zu einer Kompression von Magnetfeldern führen; das könnte ein Hindernis sein. Ein anderer könnte sein magnetohydrodynamische Turbulenz .
Hier im Sonnensystem wird die kosmische Strahlung moduliert durch den Sonnenwind . Möglicherweise erfüllt der galaktische Wind im galaktischen Zentrum eine ähnliche Rolle. Das Team berechnete die Dichte der kosmischen Strahlung in Gegenwart eines galaktischen Windes und lieferte ein ähnliches Ergebnis wie die Analyse der Gammastrahlendaten.
Zukünftige Arbeiten zur detaillierteren Untersuchung dieses Phänomens könnten dazu beitragen, einige der Mechanismen auszuschließen, die es verursachen könnten.
Darüber hinaus könnte eine detailliertere, dreidimensionale Modellierung des galaktischen Zentrums dazu beitragen, mehr Licht auf den Ursprung und den Transport der kosmischen Strahlung in der Milchstraße zu werfen, sagen die Forscher. Es gibt tatsächlich immer noch mehr zu entdecken.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturkommunikation .